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疫苗中和抗体体外检测方法的研究进展-论文

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374 中国医药生物技术2008年10月第3卷第5期 ChinMedBioteehnol,October2008,Vo!3,No.5 ·综述· 疫苗中和抗体体外检测方法的研究进展 查锦芬,肖长义,佐满珍 中和抗体是抗病毒免疫的主要因素,也是疫苗免疫治疗 效果的重要检测指标之一。预防疫苗的免疫保护性主要体现 于是否可诱导出高滴度的中和抗体,因此中和抗体活性也是 疫苗评估和质控的重要依据。迄今为止,根据已知抗原特性、 抗原与抗体反应特点以及结果判定方法的不同,已建立了多 种病毒中和抗体活性的体外测定方法。本文就近年来关于中 和抗体活性体外测定方法的最新研究进展做一综述。 1病毒中和试验 中和试验是一种以测定病毒的感染力为基础,以比较病 毒受免疫血清中和后的残存感染力为依据,进而判定免疫血 清中和病毒能力的方法。最早的病毒中和试验采用动物接 种,测定受病毒感染后血清中残存病毒的感染力,而目前这 方法已全部被细胞水平的中和试验所取代。现今,病毒中 和抗体的细胞中和试验种类繁多,而每种方法均以判定残存 病毒感染力作为标准,现简要叙述如下。 1.1细胞病变中和试验 很多病毒均可导致靶细胞发生病变,因此可通过观察血 清中和抗体中和病毒后的细胞病变程度,测定相应的中和抗 体水平。该方法观察结果直观,但需要时间较长,适用于实 验室对于少量或不急于获得结果的样本的中和抗体鉴定。基 于以往的试验都存在需要在显微镜下观察细胞病变,受观察 者主观因素的影响较大,并且很难根据细胞病变程度定量测 定中和抗体活性等不足,Wang等[1]通过研究建立了斑点减 少(plaque reduction,PR)和中性红染色(the neutral red staining,NRS)试验这2种附加方法,用来检测抗严重急 性呼吸综合征相关冠状病毒(severe acute respiratory syndrome associated coronavirus,SCV)中和抗体的活性。PR是在传 统的病毒斑点减少试验的基础上采用改良结晶染色方法从 而使形成的斑点更加明确的一种方法,而NRS是通过检测 细胞对中性红染料的摄取能力来计算细胞存活力的一种方 法。PR、NRS附加方法和以往基于细胞病变的中和试验方 法所测得的中和抗体活性,具有高度的一致性和特异性。 1.2斑点减少中和试验 正常细胞在代谢过程中都可以摄入活性染料(如中性 红),但在病毒感染时,细胞则会丧失染料摄取能力,而形 成无色的细胞蚀斑,因此,病毒被抗体中和后,细胞蚀斑的 形成数量也随之减少,据此就可以计算出病毒中和抗体的效 价。Borges等[2】将182例有痘苗接种史的受试者按年龄 (31~35岁和≥35岁)分为2组,对斑点减少中和试 验(plaque reduction neutTalization test,PRNT)的重复性及 可靠性进行横向调查,结果显示该方法具有很好的敏感性 (92.7%)、特异性(90.8%)和优秀的重复性[ICC0.89(0.88, 0.92)]。 PRNT虽可以提供比较可靠的结果,但还要依赖于人工 计数,需要强大的劳动力。但为了更有效地推进疫苗临床评 估的进程,则需要一种更为快速、可靠、有效的中和试验。 就此,Zielinska 3】提出了用图像分析进行斑点计数的改良 方法,通过与手工和自动化计数方法比较,对标准和对照血 清进行检测以确定这种改良方法的适用性和准确度,结果显 示改良后PRNT方法和原始PRNT方法的检测结果高度 相关(r=0.9580),充分表明了这种半自动化改良方法的可 靠性,可用于疫苗临床试验对中和抗体滴度的评估。此方法 最大的优点就是克服了人工计数费时费力和主观性等弊病, 而且对于不确定的斑点计数结果可以储存后再作分析。 1.3·陕速荧光灶抑制试验 快速荧光灶抑制试验(rapid fluorescent focus inhibiiton test,RFFIT)是将固定量的病毒与系列稀释的待测血清在 体外中和后,加入敏感细胞孵育,最后用荧光标记的抗核蛋 白抗体染色,以检测未被中和的残余病毒(荧光灶),最后 与病毒对照组比较,计算各种待测血清病毒荧光灶单位减少 50%的稀释度,然后与已知滴度的参考血清比较,计算每 种待测血清的中和抗体滴度。RFFIT试验需要的人力、时 间、实验室和动物饲养空间均较少,一次可检测多种血清样 本,而且通过多次体外RFFIT与小鼠体内血清中和试验的 比较研究,RFFIT被认为已完全可以取代小鼠血清中和试 验。Vene等l4 为评估蜱传脑炎疫苗免疫后的抗体反应,分 别用RF兀T、血凝抑制(hemagglutination inhibiiton,HI) 试验和ELISA方法对抗体活性进行了检测,结果在有 3次疫苗接种史的受试者中,RFFIT的灵敏度>90%,而 Hl试验和ELISA方法的灵敏度仅为77%;在有4~5次 疫苗接种史的受试者中,RFFIT的灵敏度>98%,而m试 验和ELISA方法的灵敏度为89%~95%,证实RFFIT具 有很高的灵敏度。另外,由于HI试验和ELISA方法都易 受交叉反应的限制,因此RFFIT被认为是检测蜱传脑炎最 特异、有效的方法。 基于RFFIT中用来标记抗体的异硫氰酸荧光素的 价格比较昂贵。Khawplod等 】利用携带有绿色荧光蛋白 基金项目:国家自然科学基金(30770lo4);湖北省卫生厅课题[鄂卫科 (2006)97号JX3B32]:湖北省教育厅重大课题[鄂教科(2007)4号 Z200713002] 作者单位:443002宜昌,三峡大学医学院科研科 通讯作者:肖长义,Email:xiaochy@ctgu.edu.cn 收稿日期:2008.05.15 维普资讯 http://www.cqvip.com 中国医药生物技术2008年10月第3卷第5期 ChinMedBiotechnol,October2008,Vo1.3,No.5 375 (green lfuorescent protein,GFP)基因的重组狂犬病毒株作 为攻击病毒,建立了一种新的RmT方法,用荧光显微镜 检测感染病毒的细胞内GFP的表达,以检测未被中和的残 余病毒,他们分别用RmT与新的RFFIT-GFP方法同时 对25例受试者、l8只犬、15匹马的血清进行了检测,2种 方法的检测结果显示出很好的一致性(r=0.98)。证实了这 种新方法不仅方便、经济,又非常可靠,而且也可以用于其 他病毒的检测。 1.4荧光基础微量中和试验 传统的斑点减少试验比较费力,而且从细胞培养到读数 常常需要至少一个星期的时间。Wang 6J利用表达GFP 的人巨细胞病毒(human cytomegalovirus,HCMV)重组体 建立了荧光基础微量中和试验,并与传统的斑点减少试验进 行比较,回归分析显示,2种方法的关联度,≥0.92。该 方法适于检测所有能标记加强GFP的病毒,实现了自动化 操作,适用于大规模样本的检测,与传统的斑点减少试验相 比,荧光基础微量中和试验所具备的一个最大优势就在于计 算斑点和细胞病变时剔除了人为主观性,但同时也可能存在 潜在的误差。 1.5细胞结合抑制试验 虽然体外中和试验是人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)疫苗临床前期评估的最好指标,但作 为大规模的临床检测,该方法不仅费用高,而且比较费时。 所以,人们又利用中和性抗体可识别病毒颗粒(VLP)抗原 表位的原理,设计了通过检测抗体来评估疫苗刺激产生免疫 保持能力的方法。但是以VLP为抗原的ELISA方法和 HI试验或存在种属、型别的限制,或存在步骤复杂、成本 昂贵以及不能直接反映抗体的中和保护作用等缺点,为此, 宋建明 以pcDNAL1质粒免疫啮齿类动物(C57BL/6),观 察HPV16L1 VLP细胞结合抑制试验是否可以用于检测免 疫抗体的中和保护作用,结果证实试验组血清具有抑制 VLP与人宫颈癌Hela细胞黏附的活性效应。说明细胞结 合抑制试验可能比HI试验更能直接反映中和抗体的活性 和保护作用。 2酶标记检测方法 2.1 E LlSA方法 病毒中和试验是WHO认定的目前检测中和抗体的参 考方法,但是该试验不仅耗时、花费较贵,而且还需要很好 的实验室设备以及技术人员和活病毒。而ELISA方法则既 简单(不需要特殊的实验设备)又安全(不需要活病毒)、 快速(少于4 h),可用于抗糖蛋白中和性抗体的定量检测, 但与病毒中和试验的一致性欠佳,而单克隆抗体的出现则明 显增加了ELISA方法的特异性。Muhamuda等『8 利用小鼠 中和性单克隆抗体和人体免疫后血清抗体之间的竞争性建 立了竞争性ELISA(C—ELISA)方法检测狂犬病疫苗中和 抗体,他们利用经病毒中和试验检测证实为阴性和阳性的血 清样本确定小鼠中和性单克隆抗体的最佳稀释度和抑制阈 值后,用C—ELISA检测各血清样本,结果所有经RFFIT检 测为阳性的血清经C—ELISA检测也均为阳性,而且 C—ELISA检测的抗体滴度均高于RFFIT,2种方法的关联 系数,=0.897。因此与RFFIT相比,可认为C—ELISA的 特异性和灵敏度均达到100%,提示C—ELISA可用于定量 检测抗狂犬病毒中和抗体水平。 另外,中和性单克隆抗体作为捕获性抗体和检测 性抗体也可用于单克隆相关的间接ELISA(mab。linked indirect ELISA,MLI—ELISA)和竞争性ELISA(mab—linked competiitve ELISA,MLC.ELISA)。Kweon等【9]以病毒包膜 糖蛋白作为诊断抗原检测抗水泡性口膜炎病毒(vesicular stomatitis virus,vSv)中和抗体,采用VSV包膜糖蛋白 阳性的马血清和阴性的牛血清分别对MLI—ELISA、MLC— ELISA和当前称为金标准的C—ELISA这3种检测方法的 诊断效能进行了比较研究,结果发现MLI—ELISA和MLC— ELISA相对灵敏度分别为80%(16/20)和95%(19/20), 相对特异性分别为97%(178/183)和99%(311/314),初 步说明MLC—ELISA比MLI—ELISA相对更灵敏、更特异, 另外,与传统的C—ELISA相比,MLC—ELISA诊断的抗原 表位更特异,可以用来诊断vSv感染或评估其疫苗的体液 免疫反应。 2.2中和组织培养酶免疫测定法 虽然PRNT是检测和定量已接种牛痘疫苗者体内中和 抗体的金标准,但是比较耗时、耗力,不适合大规模筛查。 2005年,Eyal等【1 u_提出了一个简单、灵敏、标准、可重复 性高且快速的可用于定量检测抗牛痘病毒中和抗体的中和 组织培养酶免疫测定法(neutralization itssue.culture enzyme immunoassay,NTC—EIA),该方法的主要步骤为:将牛痘病 毒与连续不同稀释度的血清中和,再感染敏感细胞,最后用 ELISA方法测定残余病毒,NTC—EIA与传统的PRNT测 量的病毒平均滴度高度相关(,2=0.9994),该方法灵敏度非 常高(检测界限为10 pfu),既可以用于病毒滴定,也可以 用来评价疫苗接种后血清中的中和抗体和各种血清样本中 的抗病毒复合物(最低检测极限为1:20)。这种在细胞中进 行的微量中和试验被用于其他病毒中和抗体的检测也有相 关报道_l 。另外,NTC—EIA还具有一个显著优势,就是可 以评价并不产生细胞病变效应的病毒滴度及其中和抗体。如 果结合合适的方案使NTC—EIA实现完全自动化,与PRNT 相比,可减少一半的时间,而且能客观判定结果,具有较好 的费用.效益并且省力,所有这些特点都表明NTC—EIA很 适用于大规模筛查。 2.3酶联免疫斑点 酶联免疫斑点(enzyme—linked immunospot,ELISPOT) 是通过检测分泌特异性抗体的细胞以评价中和抗体水平的 方法。在国内,该方法主要用于疫苗研究,尤其是艾滋病疫 苗。Abai等【】 用非常敏感的免疫组织化学染色法取代免疫 荧光染色法,建立了适合大量评估HCMV疫苗临床试验的 种方便、敏感、特异的微量中和试验方法,他们通过应用 维普资讯 http://www.cqvip.com 376 中国医药生物技术2008年10月第3卷第5期 ChinMedBioteclmol,October2008,Vo1.3,No.5 自动化的ELISPOT分析仪器,不仅能很方便地计算出染色 的细胞核而且不易犯人为错误,更加客观,试验结果表明, 提高病毒载量可提高实验数据曲线拟合度、准确度和敏感 度,尤其是对于评价具有少量中和抗体的血清至关重要。而 在检测SARS冠状病毒的中和试验中,ELISPOT分析仪器 可以计算所有感染假病毒的细胞n31。 3抗原一抗体间接凝集抑制试验 在凝集试验中,若先将抗原与抗体混合,隔一定时间后 再加入抗原致敏颗粒,此时,因抗体己与先加入的抗原结合, 不能再与致敏颗粒结合,因此不会出现凝集现象,此即间 接凝集抑制试验。最近,Stephenson等Il ]为了比较用于 检测抗流感病毒中和抗体的HI试验和病毒中和(virus neutralizati0n,VN)试验的可重复性,分别用这2种方法 对8个国家l1个实验室的参与者血清进行了检测,总体 而言,同一实验室内用HI测定的抗体滴度基本一致,VN 测得的抗体滴度则有显著的变异性,而VN可以检测到较 低水平的抗体,敏感性优于HI;另外,应用HI判定特异 性抗体滴度较省时,但是灵敏度不高,并且必须采用新鲜的 血细胞才可行。抑制血凝反应的不都是特异性抗体,反之亦 然,不是所有的抗病毒中和性抗体都能抑制血凝作用,因此, 评价抗体的保护效能,测定中和后的病毒活性或合并测定血 凝抑制活性比单纯的血凝抑制试验更准确、更实用。 4新技术在疫苗中和抗体检测中的应用 2006年,Kolokoltsov等【15】报道了2种基于假病毒的 检测抗委内瑞拉脑炎病毒(venezuelan equine encephalitis virus,VEEV)中和抗体的新方法:一种是检测标记基因的 表达,尤其适合高效筛选;另一种是一种新的快速的病毒进 入测定法。这种方法主要是对病毒与细胞膜融合时释放入细 胞的病毒荧光素酶进行实时检测,在病毒与细胞接触后 15 min内就可以检测到相应信号【l 。为了研究假病毒的可 适用性,Kolokoltsov等【l 51进一步比较了运用活病毒的 PRNT和假病毒试验方法,总体而言,2种方法检测结果很 接近,经PRNT判定为阳性的血清样本,假病毒试验也均 判定为阳性。这种实时检测系统为中和试验提供了一种快 速、合理的检测方法。 目前,对HPV疫苗免疫抗体保护效果的评估方法都存 在着操作复杂、效率低、试验周期长或不能直接反映抗体的 中和保护作用等缺点。有研究显示,利用HPV VLP可非特 异性包裹质粒核酸的特点构建HPV假病毒是体外模拟 HPV感染的一种有效方法,HPV16假病毒中和试验具有快 速高效、低成本和易于检测的优点,适于较大规模的应用, 为HPV16中和性单克隆抗体检测及候选疫苗免疫保护效 果的快速准确鉴定提供了有效手段I”J。 5展望 目前而言,很多检测中和抗体的方法都是采用完全具有 传染性的病毒,此类方法主要有以下2个显著的缺点:① 在细胞培养的传代过程中容易发生抗原漂移,所以难以控制 实验要求的标准病毒量;②活病毒都具有危险性。而运用假 病毒的检测方法既安全又灵敏,假病毒可以通过质粒转染快 速制备,在一8O℃能保存3年且可以克服抗原漂移。总 之,假病毒试验非常适合快速、高效筛查相关病毒,但是对 于病毒株或各个亚型抗体的鉴别则还需用传统的PRNT和 其他试验进一步证实。 尽管目前体外试验尚不能彻底代替体内攻击试验,但是 随着研究的不断深入和单克隆抗体的出现,体外试验必将更 具特异性、更标准化。现今,单克隆抗体介导的体外试验尚 不完善,推进中和性单克隆抗体和疫苗的研究进程则要求在 体外准确计量中和抗体的中和水平,以评价抗体和疫苗在实 验动物及人体内的保护效果,所以传统的中和试验技术必须 加以改进才能满足日益进展的理论研究的需要。 参考文献 【1]Wang S,Sakhatskyy ChouTH,eta1.Assaysforthe assessment of neutralizing antibody activiites against Severe Acute Respiratory Syndrome(SARS)associated coronavirus(scv).J Immunol Methods, 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